بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه روشهای گوناگون تصفیه زیستی فاضلاب اعم از تصفیه هوازی - شامل: صافیهای چکنده، دیسکهای زیستی دوار، راکتورهای زیستی غشایی - و بی هوازی - که مهمترین آن روش UASB است - مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتهاند. مطالعات نشان میدهند که در تصفیه بیهوازی به دلیل رشد کم میکروارگانسیمها، میزان تولید لجن نسبت به روش هوازی بسیار کمتر است؛ بهطوریکه تقریباً به ازاء هر کیلوگرم COD حدود 50 کیلوگرم VSS تولید میشود، در حالی که در سامانههای بیهوازی مقدار VSS در حدود 10 کیلوگرم میباشد.
از نظر اقتصادی نیز تصفیه بیهوازی مقرون به صرفتر از هوازی است - تصفیه هوازی نیازی به هوادهی نداشته - ؛ ولیکن کیفیت پساب خروجی در تصفیه هوازی نسبت به تصفیه بیهوازی بالاتر است. در روش هوازی تصفیه فاضلابهای ضعیف - با میانگین BOD ورودی - 200 mg/l به متوسط BOD خروجی 10 الی 15 mg/l میتوان دست یافت، در حالیکه در تصفیه بیهوازی با شرایط یکسان در ورودی، متوسط BOD خروجی، 50 الی 60 mg/l میباشد. از نظر مدت زمان راه اندازی سامانه نیز، روشهای تصفیه هوازی زمان کوتاهتری نسبت به روش بیهوازی دارند. از نظر مصرف انرژی در فرایند هوازی، به ازای حذف COD 1kg،به kWh 0.75-0.5انرژی نیاز است ، و در فرایند بی هوازی، به ازای حذفCOD 1Kg ، kWh 1.16انرژی تولید میشود.
کلمات کلیدی:فاضلاب، تصفیه زیستی، هوازی، بی هوازی، پساب.
مقدمه
توسعه اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی جوامع بدون دسترسی به منابع آبی غنی و پایدار، مقدور نمیباشد. عواملی نظیر رشد جمعیت، نیازمندی بشر به مقدار غذای بیشتر، ضرورت ارتقای سطح بهداشت و رفاه اجتماعی، توسعه صنعتی و حفاظت اکوسیستمها، سبب افزایش چشمگیر میزان تقاضای آب شده است. این در حالیست که علیرغم تجدیدپذیر بودن منابع آبی، ولیکن مقدار آنها در دنیا، بسیار محدود است.
چنانکه از 1386 میلیارد کیلومتر مکعب منابع آبی دنیا، فقط کمتر از 3 درصد آن سهم منابع آبهای شیرین است. در کشور ما ایران نیز این عدم توازن میان تولید و مصرف آب و نیز انحراف از استانداردهای جهانی تولید و مصرف، شدیداً مشهود است.متوسط بارندگیهای ایران کمتر از یک سوم خط متوسط بارندگیهای جهان - جهان: 865 میلیمتر، ایران: 250 میلیمتر - است؛ میانگین مصرف آب آشامیدنی در جهان،142 لیتر در روز به ازای هر نفر و در ایران، 256 لیتر در روز به ازاء هر نفر است؛ میانگین پتانسیل سهم سرانه آب تجدید شونده در جهان، 7600 مترمکعب و در ایران، 1900 متر مکعب است؛ وسعت ایران 1/1درصد مساحت خشکیهای جهان و 35/3 درصد مساحت قاره آسیا است.
حجم ریزشهای کشور تنها 37/0درصد از کل ریزشهای جوی خشکیهای کره زمین و 29/1 درصد حجم بارشهای قاره آسیا است.طبق پیش بینی های موجود، جمعیت ایران در سال 1400 به 5/97 میلیون نفر خواهد رسید و مقدار آب مورد نیاز برابر 130 میلیارد متر مکعب خواهد بود که تامین این میزان آب از منابع تجدید پذیر آبی کشور امکان پذیر نخواهد بود.در کنار کاهش کمٌی منابع آب ناشی از بهرهبرداری بیرویه از منابع موجود، انتشار فاضلابهای صنعتی، کشاورزی و شهری نیز از دیگر عوامل تشدیدکننده بحران آب در دنیا، محسوب میشوند.
بنابراین، تصفیه و بازگرداندن فاضلابها به چرخه تولید، میتواند هم از بعد اقتصادی و هم از بعد بهداشتی، بسیار حائز اهمیت باشد؛ چنانکه امروزه پساب تصفیه خانههای فاضلاب به عنوان یکی از منابع جدید و دایمی، بسیار مورد توجه دانشمندان - جهت جبران کمبود منابع آب زیرزمینی - قرار گرفته است.
در دنیا، پسابهای ناشی از تصفیه فاضلاب به طور گستردهای برای مصارفی همچون آبیاری کشاورزی - سهمی بیش از 92 درصد استفاده از پسابها در جهان را داراست - ، مصارف تفریحی و زیست محیطی - بیش از 2.5 درصد استفاده از پساب - ، فعالیت های صنعتی - بیش از 2,6 درصد استفاده از پساب - و حتی مصارف شرب - بیش از 2.9 درصد استفاده از پساب - استفاده میشود . افزون بر این، استفاده مجدد از پسابها، کاهش هزینههای تامین منابع آب جدید و نیز کاهش میزان تخلیه آلایندهها در رودخانهها را در پی خواهد داشت .
براساس مطالعات صورت گرفته، میزان فاضلابها و پسابهای در دسترس جهت استفاده مجدد، حدود 2/17 کیلومتر مکعب در سال برآورد شده است، که با به کارگیری روشهای مناسب تصفیه و بازیابی آن، تا حد زیادی میتوان تهدیدهای موجود را به فرصت تبدیل نموده و به مقدار زیادی کمبود منابع را جبران نمود.بازگرداندن مجدد فاضلابها یا پسابها به چرخه تولید، مستلزم انتخاب و به کارگیری مناسبترین روشهای تصفیه از میان روشهای گوناگون موجود، است.
در این مطالعه روشهای مختلف تصفیه فاضلاب اعم از تصفیه بیولوژیکی هوازی و تصفیه بیولوژیکی بیهوازی - UASB - مورد ارزیابی قرار گرفته و مزایا و معایب هریک، از نظر پارامترهای فرآیندی همچون میزان ظرفیت فاضلاب ورودی، بارگذاری آلی، بازدهی حذف BOD، انرژی مصرفی و ... - با یکدیگر مقایسه شدهاند.
تصفیه بیولوژیکی
یکی از روشهای متداول تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی، استفاده از فرآیندهای زیستی است. هدف عمده این فرآیندها، تبدیل مواد آلی آلاینده آب به محصولات ثانویه، توسط میکروارگانیسمها میباشد؛ به طوری که محصولات تولید شده به این روش، سازگار با محیط زیست بوده ویا به راحتی قابل جداسازی باشند. تصفیه زیستی فاضلاب به دو دسته تصفیه هوازی و بی هوازی طبقه بندی میشوند؛ که در زیر هریک از آنها مورد ارزیابی قرار خواهند گرفت.
تصفیه بیولوژیکی هوازی
اساس کار این روش، بر تامین اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیسمهای موجود در فاضلاب و تشدید رشد آنها، استوار است. در این روش، میکروارگانیسمها طی مکانیزم زیر، مواد آلی آلاینده آب را به مولکول ها و مواد زیست سازگار، تجزیه مینمایند: سلول های جدید میکروارگانیسم ،انرژی 2، باکتری هوازی +اکسیژن - C,H,N,P,O,S - مواد آلی فاضلاب ها میکروارگانیسمهای هوازی تصفیه کننده فاضلابها، یا به فرم مواد معلق پخش شده به شکل لخته در آب و یا به صورت مواد تثبیت شده، بر روی مواد جامد شناور موجود در آب میتوانند در محیط عمل، حضور داشته باشند.
جهت تصفیه هوازی فاضلابها روشهای مختلفی وجود دارد که از مهمترین آنها میتوان به 1صافی چکنده؛ 2دیسکهای بیولوژیکی دوار 3فرآیند لجن فعال، اشاره نمود. در ادامه به بررسی هریک از این روشها پرداخته شده است.
صافی چکنده
نخستین واحد صافی چکنده - TF - در مقیاس بزرگ، در سال 1893 در لندن راهاندازی شد . این سامانه، از خرده سنگهایی به قطر 0/5 تا چند اینچ پر شده بود و مولکولهای آلی در تماس با این سنگها، توسط میکرو اورگانیسمها تجزیه میشدند.صافی چکنده، یکی از مهمترین فرآیندهای چسبیده - فرآیند های هستند که در آن از یک محیط واسطه جامد استفاده میشود، به صورتی که بر روی این محیط میکروارگانیسم ها به صورت چسبیده و متصل به بستر رشد می نمایند - است که عمولاً برای جداسازی مواد آلی موجود در فاضلاب و نیز تبدیل آمونیاک به نیترات - پدیده نیتریفیکاسیون - ، مورد استفاده قرار میگیرد.
نمایی از یک سامانه تصفیه فاضلاب به روش صافی چکنده را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود در این روش، فاضلاب بوسیله بازوهای توزیع کننده چرخانی که در بالای بستر قرار دارند، بر روی سطوح آکندههای راکتور توزیع شده و پس از تماس با میکرواورگانیسمهای تصفیه کننده و عبور از برج تصفیه، به حوضچههای ته نشینی ثانویه وارد می شود . در این حوضچه ها، مواد جامد بیولوژیکی شسته شده از محیط صافی جمعآوری میشود مجددا به صافی چکنده برگشت داده خواهد شد.
در این روش، بستر صافی به صورت یک صافی معمولی عمل نمیکند، بلکه با افزایش سطح تماس انتقال جرم، فاضلاب عبوری و هوای - اکسیژن - بیشتری را، در اختیار باکتریها قرار میدهند. بدین ترتیب مکان مناسبی برای استقرار و رشد میکرو اورگانیسمها فراهم میشود. میکرو اورگانیسمها مواد آلی موجود در فاضلاب را به گازها و زیست توده تبدیل میکنند. جنس بسترهای ثابت در روش صافی چکنده میتوانند از موادی همچون سنگ، پلاستیک، سرامیک، اسفنج و ... باشند .
